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Production d’électricité : les cellules solaires

Parlons sciences
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Découvre comment l’énergie provenant du soleil peut être utilisée pour générer de l’électricité.

Le soleil est une source d’énergie que nous utilisons pour générer de l’électricité. On l’appelle énergie solaire. Au Canada, nous avions une capacité de production de 2 821 mégawatts en 2019. C’est plus de 16 fois ce que nous pouvions générer il y a 10 ans. Il s’agit d’une quantité d’électricité suffisante pour alimenter environ 260 440 résidences canadiennes pendant 1 an. Malgré le fait qu’elle ne représente qu’environ 0,5 % de notre production totale d’électricité, l’énergie solaire est en hausse au Canada. 

Produire de l’électricité avec l’énergie solaire

L’énergie solaire convertit le rayonnement du soleil en énergie électrique. Une façon de procéder consiste à faire usage de matériaux photovoltaïques. Ceux-ci peuvent être utilisés pour créer un courant électrique lorsqu’ils sont exposés à la lumière. On appelle ce procédé l’effet photovoltaïque. L’usage de cellules photovoltaïques ou cellules solaires permet de l’exploiter. Les manufacturiers rassemblent souvent un grand nombre de cellules solaires ensemble pour fabriquer des panneaux solaires

Un panneau solaire est composé de cellules solaires intercalées entre des couches de film adhésif transparent. Le devant de cet assemblage est recouvert d’une couche de verre maintenue par un cadre. L’arrière comporte une couche d’aluminium appelée feuille de fond qui peut conduire l’électricité. L’électricité générée par les cellules solaires quitte le panneau solaire à la boîte de jonction.

Parties d’un panneau solaire
Parties d’un panneau solaire. (Parlons sciences utilisant une image de alejomiranda via iStockphoto)

 

Comment les cellules solaires fonctionnent-elles?

Cette vidéo (2 min. 25 s.) de C'est pas sorcier (2016) explique comment les panneaux solaires produisent un courant électrique.

Les cellules solaires sont généralement fabriquées à base de silicium. Le silicium est un élément chimique naturel. C’est aussi un semi-conducteur. Les semi-conducteurs peuvent agir autant comme un conducteur qu’un isolant.

Le savais-tu?
Le silicium est le deuxième élément le plus abondant sur la planète, après l’oxygène.

Une cellule solaire comporte deux différentes couches de silicone. L’une est de type p et l’autre est de type n.

Le semi-conducteur de type n peut facilement donner des électrons. Ce semi-conducteur fait face à la lumière. 

Le semi-conducteur de type p peut recevoir des électrons excédentaires. Les espaces pour ces électrons excédentaires sont appelés « trous ». Ce semi-conducteur se trouve sous celui de type n. 

L’énergie du soleil arrive sur terre sous forme de petits paquets d’énergie appelés photons. Les photons entrent en contact avec les atomes de silicium. La réaction qui en résulte crée des électrons libres du côté n et des trous du côté p. Les électrons libres sont captés sur la couche d’aluminium. Puis ils commencent à se déplacer. Ce déplacement génère un courant électrique.

Effet photovoltaïque
Effet photovoltaïque. (Parlons sciences utilisant une image de ser_igor via iStockphoto)

Combien d’énergie un panneau solaire peut-il générer?

Une cellule solaire standard est un carré mesurant 15,6 cm x 15,6 cm. Elle peut générer environ un demi-volt d’électricité. Cela représente environ le tiers du voltage d’une pile alcaline AA neuve. Ce n’est pas beaucoup. 

Heureusement, on peut connecter plusieurs cellules solaires ensemble. Douze cellules photovoltaïques suffisent pour charger un téléphone cellulaire. L’alimentation d’une maison requiert de nombreux panneaux solaires. 
 

Solar panels standing in a field
Solar panels in a field (Source: querbeet via iStockphoto).

Qu’est-ce qu’un parc solaire?

On peut souvent voir un grand nombre de panneaux solaires réunis en un même lieu. Ce système porte le nom de centrale solaire photovoltaïque ou parc solaire. L’Ontario est la capitale de l’énergie solaire au Canada. Plus de 98 % des panneaux solaires du Canada se situent en Ontario.

Grands parcs solaires au Canada
Certains des plus grands parcs solaires au Canada (2019). (Source : Ressources naturelles Canada)

 

Le savais-tu?
Les deux plus grands parcs solaires au Canada sont la centrale Sol-Luce Kingston et le Grand Renewable Energy Park en Ontario. Les deux centrales ont une capacité s’élevant à 100 mégawatts. Un parc solaire encore plus grand appelé projet Travers Solar – qui devrait être construit en Alberta d’ici 2022 – permettra de produire 465 mégawatts d’électricité.


L’énergie solaire peut être particulièrement utile dans les communautés éloignées, qui dépendent souvent de génératrices diesel pour la production d’électricité. Il est difficile de leur acheminer du carburant, et la combustion de celui-ci pour produire de l’électricité libère des gaz à effet de serre. À Fort Chipewyan, dans une région isolée du Nord-Est de l’Alberta, un parc solaire qui a débuté ses activités à la fin de 2020 est la propriété de trois groupes des Premières Nations. Avec les nouveaux panneaux solaires, la communauté consommera 800 000 litres de carburant diesel en moins chaque année. Cela signifie que 2 376 tonnes de dioxyde de carbone ne seront plus produites.

Les avantages de l’énergie solaire

L’énergie solaire est une source renouvelable d’énergie. C’est parce que l’énergie provenant du soleil ne s’épuisera pas. Les combustibles fossiles comme le pétrole, le gaz et le charbon ne sont pas renouvelables. L’énergie solaire est un moyen propre de produire de l’électricité. C’est parce qu’elle ne génère pas de gaz à effet de serre qui entraînent une aggravation des changements climatiques. Elle ne génère aussi aucune pollution de l’air, de l’eau ou par le bruit lorsque les panneaux sont en fonctionnement. Mais comme presque tout ce que nous fabriquons, la pollution est produite lors de la fabrication, de l’installation et de l’élimination des panneaux solaires.  

Les désavantages de l’énergie solaire 

Les panneaux solaires génèrent le plus d’électricité quand le soleil brille. Ils ne fonctionnent pas aussi bien les jours nuageux. Leur fonctionnement est également meilleur lorsqu’ils sont installés près de l’équateur parce que le soleil brille plus directement sur eux, ainsi que durant la période d’été ici dans l’hémisphère Nord. Les parcs solaires nécessitent beaucoup de terres. Ce sont des terres qui pourraient avoir d’autres usages comme des habitats fauniques ou des fermes. 

Les panneaux solaires ne sont pas très efficaces pour convertir la lumière du soleil en électricité. La plupart des panneaux solaires ont une efficacité d’environ 20 %. Cela signifie que seulement 20 % de l’énergie solaire qu’ils captent est convertie en énergie électrique.

Mais cela représente déjà une grande amélioration par rapport à ce que c’était il y a seulement 10 ans et il y a d’autres bonnes nouvelles à l’horizon. Un nouveau panneau solaire a atteint une efficacité de 47 % en laboratoire et de près de 40 % sur le terrain. Cela veut dire que le futur de la production d’électricité solaire pourrait être très brillant!

 

En savoir plus

L’énergie solaire (2015)
Cette vidéo (1 min. 58 s.) du Réseau Canopé explique comment on peut extraire l’énergie du rayonnement solaire.

L'énergie solaire photovoltaïque, comment ça marche (2016)
Cette vidéo (3 min. 53 s.) par Jamy Gourmaud et EDF ENR permet de mieux comprendre la production de l'énergie solaire.

La centrale solaire de Sarnia
Cette vidéo (2 min. 25 s.) de Radio-Canada présente et visite la centrale solaire de Sarnia (anciennement le plus grande au monde en 2011).

Références

ACS Chemistry for Life. (n. d.). How a Solar Cell Works.

Delbert, C. (2020 April 20). This Solar Panel Just Set a World Record for Efficiency. Popular Mechanics.

Government of Canada. (2020). Renewable Energy Facts: Solar photovoltaic

Svarc, J. (2020 September 8). Most efficient solar panels 2020. Clean Energy Reviews. 

The Renewable Energy Hub UK. (n. d.). How do Solar Panels Work For Kids

US Energy Information Administration. (2020). Photovoltaics and electricity.